XI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Секреты водоплавающих птиц
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Мы часто видим плавающих в водоемах птиц, таких как утки, гуси, лебеди. Это довольно крупные птицы. Они могут спокойно держаться на воде. Однажды, когда мы с родителями, гуляя по зоопарку, увидели огромного плавающего лебедя, я задался вопросом, почему он не тонет? Так появилась идея для моего исследования.
Актуальность работы заключается в том, что среди моих одноклассников, учеников 1А школы №3 85 % опрошенных считают вопрос «Почему водоплавающие птицы не тонут?» интересным, 90% респондентов не знают ответа на этот вопрос.
Объект исследования: водоплавающие птицы.
Предмет: общие черты в строении водоплавающих птиц.
Цель исследования: выяснить, почему водоплавающие птицы не тонут в воде.
Задачи:
Изучить литературу;
Понять особенности оперения и ухода за ним водоплавающими птицами;
Провести научный эксперимент;
Сделать выводы и обобщить изученное в докладе;
Применить знания на практике.
Гипотеза: у всех водоплавающих птиц есть какая-то общая особенность, которая помогает им держаться на воде.
Теоретическая часть
Водоплавающие птицы. Кто они?
Водоплавающие птицы —птицы, ведущие водный образ жизни. К ним не относятся все те птицы, которые охотятся в водной сфере, а лишь птицы, умеющие держаться на поверхности воды. К водоплавающим птицам относятся, например, такие:
|
Г усь; |
Гагара; |
|
Журавль; |
Ч айка. |
|
Поганка Пингвин; |
Пеликан; |
Эти птицы не являются родственниками, с первого взгляда они совершенно разные: разного размера, окраса, у каждого вида – своя среда обитания. Но всех этих птиц объединяет то, что они могут уверенно держаться на воде. Благодаря чему? Что общего в строении водоплавающих птиц? Ответ кроется в их строении.
Лапки с перепонками
Первое, что бросается в глаза, это лапки: у водоплавающих птиц на лапках имеются перепонки, как у лягушек. Оказывается, перепончатые лапки птиц имеют существенное значение для всех водоплавающих птиц, ведь благодаря перепонкам, значительно увеличивается площадь самих лапок, что дает качественное взаимодействие птиц с водой, что, в свою очередь, обеспечивает довольно быстрое перемещение их по водной глади.
Сравним лапы сухопутных и водоплавающих птиц:
Рисунок 1: лапы водоплавающих птиц
Рисунок 2: Лапы болотных птиц1
На 1 рисунке видно, что направленные вперед три пальца лапы соединены плавательной перепонкой (у пингвинов, гагар, гусей, уток, чаек); у пеликанообразных плавательная перепонка соединяет все четыре пальца. У небольшого числа видов (поганки, лысухи, кулики-плавунчики) вместо отсутствующей общей плавательной перепонки развивается плотная ороговевающая кожистая оторочка каждого пальца. Все это увеличивает общую поверхность лапы и тем самым повышает силу толчка при гребле.
А вот, к примеру, болотным птицам грести и держаться на поверхности воды не нужно. Для них важно устоять в болоте, поэтому их пальцы широко растопырены и оснащены длинными когтями.
Легкий скелет
У птиц легкие кости. Легкость скелета птиц достигается тем, что кости тонкие, большинство из них заполнены воздухом. Скелет птиц приспособлен к полету. Череп птиц очень лёгкий, чётко разделён на мозговой и лицевой отделы. Все это делает птицу легкой. Такая особенность касается всех птиц, потому что легкость им нужна для полета.
«Волшебная» железа
Все мы слышали выражение «как с гуся вода». Мы понимаем значение этого выражения, но не знаем, откуда возникло это выражение.
Еще давным-давно люди заметили уникальную способность гусей не намокать в воде. Птицы выходят на берег, слегка отряхиваются, и перья полностью сухие. На самом деле такая особенность касается не только гусей, но и всех водоплавающих.
Секрет в том, что у всех водоплавающих птиц имеется особая железа, расположенная в основании хвоста, которая вырабатывает жировую смазку. Эта смазка - жир. Когда кажется, что гусь просто чистит перышки, на самом деле происходит важный процесс. Птицы захватывают жир клювом и тщательно втирают в перья, размазывают жир. Этот процесс птицы проделывают по нескольку раз в день, когда понимают, что предыдущий слой «волшебного» масла на перьях стирается и его надо обновить. Перья, которые смазаны, начинают отталкивать воду и потому не могут намокнуть. Можно неспешно плыть, не рискуя утонуть.
Перьевой «водолазный» костюм
У водоплавающих птиц особое оперение, не такое, как у обычных птиц. Такое оперение можно смело назвать «водолазным костюмом», потому что к внутренним перьям и коже вода не проникает. Это происходит отчасти от того, что перья смазаны жиром, но еще и благодаря особому строению контурных перьев. Плотное переплетение перьевых бородок образует густой слой, напоминающий решетку, способный отталкивать воду. Потому, когда гуси (или любые другие водоплавающие птицы) плавают, вода омывает лишь перья снаружи. Так что крылья даже ныряющих птиц остаются всегда сухими и, вынырнув, птица тут же может взлететь.
Под контурными перьями находятся мягкие пушистые пуховые перья. Они тоже своего рода волшебные, потому что сохраняют в себе бесчисленные пузырьки воздуха, которые принято называть «воздушной подушкой». Такую «воздушную подушку» можно сравнить с надувным матрасом, который может удержать на поверхности воды всю нашу семью. Так же и «воздушная подушка» пуховых перьев удерживает птицу на воде.
Итак, в ходе изучения научной и публицистической литературы, мы узнали, что водоплавающие птицы – это птицы, умеющие держаться на воде. Таких птиц огромное количество, они относятся к разным отрядам, а значит, они разные по размеру, окрасу, размаху крыльев и т.п. Но у этих птиц есть общие черты в строении:
Лапы-ласты, где пальцы соединены перепонками. Такие лапки помогают птице грести.
Легкий скелет. Легкость скелета птиц достигается тем, что кости тонкие, большинство из них заполнены воздухом.
Перьевой «водолазный костюм», представляющий собой особые перья снаружи, преграждающие воде путь, и пух внутри, образующий «воздушную подушку».
«Волшебная» железа, которая выделяет специальную смазку для ухода птицей за перьями.
Особое строение лапок помогает водоплавающим грести. Но важнейшую роль в том, что птицы могут держаться на воде, играет воздух. Его наличие есть и в костях птиц, что делает птицу легче, и в пухе. А чтобы вода не вытолкнула воздух, птице нужен жир. То есть воздух и жир – вот две составляющие успеха водоплавающих птиц.
Интересной нам показалась упомянутая в нескольких источниках история, которая произошла в Германии около 120 лет назад. Одному человеку привезли из Америки породистых редких уток. В пути об утках заботились очень плохо, не давали им плавать и ухаживать за собой, из-за этого оперение птиц было загрязнено, по приезду они выглядели грязными и неопрятными. Счастливый покупатель тщательно вымыл уток. После чего он поместил птиц в чан, наполненный водой, и ненадолго отлучился. Спустя полчаса хозяин обнаружил, что все утки утонули.
Почему это произошло? Человек совершил ошибку, вымыв птиц с мылом: он смыл жир с перьев, выпустив весь воздух из пуха. Посмотрим на примере, как «работает» воздух и жир. А потом обратим внимание на то, как «работают» лапки с перепонками.
Экспериментальная часть
Эксперимент №1: «Волшебная смазка»
Перед тем как приступить к водным процедурам, водоплавающая птица смазывает свои перышки жиром, выделяемым «волшебной» железой. Пернатое создание встает и начинает отряхиваться. Эти движения способствуют подъему перьев в районе основания – увеличивает «воздушную подушку» в пухе и помогает жиру покрыть все контурные перья. Чтобы увидеть своими глазами, как это «работает», мы провели эксперимент.
Смазку нам заменило растительное масло, так как и то, и другое – жир.
Птицу заменит ватный диск, внутри него воздух, как и в пухе птицы, а внешняя сторона плотно спрессована, и этим напоминает нам контурные перья со сцепленными между собой бородками.
Один ватный диск мы смочили маслом, а второй оставили сухим, оба опустили в емкости с водой. Ватный диск, который был сухим, быстро намок и утонул.
А вот ватный диск, который мы смочили в масле, тонуть вовсе не собирался и весело плавал на поверхности воды.
Этот эксперимент показал нам, что жир (смазка или масло) отталкивает воду. Если перья птица не обработает, то вода легко проникнет через контурные перья, намочит пух, изгнав воздух, и птица утонет.
Эксперимент № 2 «Сила воздуха»
Для этого научного опыта нам потребовались металлическая гайка и два кусочка полиэтилена, один простой, а второй «пупырчатый», т.е. с пузырьками воздуха.
Гайка заменила птицу. Простой полиэтилен символизировал неводоплавающих птиц, а «пупырчатый» - водоплавающих. Объясним, почему. Из предыдущего опыта мы выяснили, что смазанные перья отталкивают воду и не дают перьям намокнуть. Благодаря этому в смазанных перьях задерживаются пузырьки воздуха. А в несмазанных перьях воздух не задерживается, вода выталкивает его. Мы проверим, помогает ли это держаться водоплавающим птицам на воде. Положили на поверхность воды кусочек «пупырчатого» полиэтилена, а сверху на него металлическую гайку. Гайка не тонет. Все потому, что воздух легче воды, он удерживает тяжелую гайку.
А как ведет себя простой полиэтилен, который, как мы помним, изображает перья неводоплавающих птиц? Мы проделали все те же операции: положили на поверхность воды простой полиэтилен и сверху на него гайку.
Гайка утонула. И это понятно, ведь в полиэтилене не было воздуха, нечему было удерживать груз. Отсюда можно сделать вывод, что воздушная прослойка в перьях не дает водоплавающим птицам утонуть.
Вывод: обработанные смазкой перья не дают утонуть водоплавающей птице, помогают держаться на воде. Секрет этой смазки в том, что она не дает воде намочить перья, а значит выпустить воздух, который значительно легче воды, он удерживает птицу, не дает ей утонуть. То же мы доказали на примере: тяжелую гайку полиэтилен с воздухом смог удержать, а обычный полиэтилен нет; ватка, пропитанная маслом, держится на поверхности воды, а обычная ватка нет, все потому, что в ватке, пропитанной маслом, удерживается воздух, который не дает ватке пойти на дно.
Эксперимент № 3 «Гребля»
В научной литературе мы прочли, что перепонки увеличивают площадь лапок, а это помогает птице грести, «толкать воду». Такие лапки с перепонками напомнили нам плавательные ласты.
Без ласт пловец преодолел расстояние 3 метра за … секунд
Фото
С ластами то же расстояние было преодолено за … секунд.
Фото
Этот эксперимент доказал, что ласты увеличивают скорость пловца.
Практическая часть
Как полученные знания использовать в повседневной жизни
Изучив научную литературу и проведя эксперименты, мы сделали следующие выводы, которые можем использовать в жизни (на практике):
Мы знаем, что жир отталкивает воду. Это знание может пригодиться осенью или весной – мы намажем кожаные ботинки маслом, тогда вода попадет в них, и мы не промочим ноги. А еще можно смазать маслом брови малыша перед купанием, тогда вода не попадет ему в глаза во время купания.
фото
Воздух помогает держаться на поверхности воды. Значит, купаясь можно использовать нарукавники, жилет или надувной круг, чтобы он не дал утонуть.
фото
Лапки с перепонками помогают грести в воде. Люди изобрели подобные лапки – плавательные ласты. Они предназначены для того, чтобы человек мог быстрее плыть.
фото
Заключение
Мы задались вопросом «почему водоплавающие птицы не тонут». Изучение литературы усилило наш интерес к этой теме. Оказалось, что водоплавающие птицы – это все те птицы, которые умеют держаться на воде, но при этом они не являются родственниками. Тогда мы стали искать сходные черты в их строении, которые позволяют им плавать.
Оказалось, что у всех водоплавающих птиц есть «волшебная» железа, которая вырабатывает жировую смазку. Птицы захватывают жир клювом и тщательно втирают его в перья. Перья, которые смазаны жиром, начинают отталкивать воду и потому не могут намокнуть. Кроме этого, проникновению воды препятствуют особые контурные перья, плотное переплетение их перьевых бородок образует густой слой, способный отталкивать воду. Благодаря этому в оперении создается «воздушная подушка». Она и лекгий скелет и держат птиц на воде.
Чтобы увидеть, как это работает, своими глазами, мы провели два эксперимента, подтверждающие сказанное выше.
Первый эксперимент помог нам убедиться в том, что жир не дает воде «выгнать» воздух, потому что ватка, смазанная маслом, не утонула в воде, а ничем не обработанная вата утонула. Ватные диски заменили нам перья, а растительное масло – смазку.
Второй эксперимент доказал, что утка не тонет благодаря «воздушной подушке». Тяжелую утку заменила нам металлическая гайка, а оперение – пузырчатая пленка. Гайка, положенная на обычный полиэтилен, тут же пошла ко дну, а вот полиэтилен с пузырьками воздуха не дал гайке утонуть. Это означает, что именно пузырьки воздуха оказались в силах удержать на поверхности воды тяжелый предмет.
Но эти птицы не только держаться на поверхности, но и плавают. Грести им помогают лапки с перепонками. По такому принципу люди создали плавательные ласты. Чтобы доказать, что ласты помогают грести, мы провели эксперимент в бассейне. Без ластов пловец проплыл расстояние … метров за …. секунд, а, надев ласты, то же расстояние – за … секунд. Это доказывает, что передвигаться в воде, грести, птицам помогают лапки с перепонками.
Итак, цель нашего исследования состояла в том, чтобы выяснить, почему водоплавающие птицы не тонут в воде. Мы нашли ответ на заданный вопрос: водоплавающие птицы не тонут благодаря тому, что обрабатывают свои перья специальной смазкой, выделяющейся из копчиковой железы. Эта смазка позволяет отталкивать воду и сохранять внутри пуха воздух. Цель достигнута. Подтверждается и наша гипотеза, выдвинутая перед началом работы - мы предположили, что водоплавающие птицы, чем-то похожи, у них есть какая-то общая особенность, которая помогает им держаться на воде. Эта общая особенность – «волшебная железа», перьевой «костюм», легкость костей. А плыть помогают особого строения лапки.
Список литературы
Митителло Ксения Птицы. Водоплавающие и околоводные. Эксмо, 2012
Водоплавающие птицы. / http://zoologia.poznajvse.com/mnogokletochnye-zhivotnye/klass-ptitsy/vodoplavayuschie-ptitsy
Биология зверей и птиц. / https://studfiles.net/preview/2959805/page:3/
Почему водоплавающие птицы не тонут. / https://wexplain.ru/pochemu-vodoplavayushhie-pticy-ne-tonut/
Адаптация живых организмов. / https://studopedia.ru/19_342242_zanyatie--adaptatsiya-zhivih-organizmov.html
1https://studopedia.ru/19_342242_zanyatie--adaptatsiya-zhivih-organizmov.html